半導體晶片的清洗方法
2023-10-29 22:48:17
專利名稱：半導體晶片的清洗方法
技術領域：
本發明是有關於一種半導體清洗方法，且特別是有關於一種半導體晶片的清洗方法。
在集成電路元件的製造過程中，最頻繁的的工藝步驟就是晶片洗淨。晶片洗淨的目的就是為了去除附著於晶片表面上的有機化合物、金屬雜質或微粒(Particle)。而這些汙染物對產品後續步驟的影響非常大。金屬雜質的汙染會造成p-n結漏電、縮減少數載子的生命期、降低柵極氧化層的崩潰電壓。微粒的附著則會影響微影工藝圖案轉移的真實性，甚至造成電路結構的短路。因此，在晶片清洗過程中，必須有效的去除附著於晶片表面的有機化合物、金屬雜質以及微粒(Particle)，同時在清洗後晶片表面必須沒有原生氧化層(Native Oxide)，表面粗糙度要極小。
為了清除附著於晶片表面上的有機化合物、金屬雜質或微粒，一般是使用含有酸性藥劑或鹼性藥劑的化學清洗液清洗晶片，而目前業界最廣泛採用的是RCA晶片洗淨工藝。在RCA晶片洗淨工藝中，通常是先使用SC1清洗液(NH4OH/H2O2/H2O＝1∶1∶5)簡稱APM，在溫度75℃至85℃的條件下清洗晶片，以去除附著於晶片表面的有機化合物、微粒。之後進行快速清洗過程，以大量去離子水清洗晶片，以去除殘留在晶片表面的SC1清洗液。再使用SC2清洗液(HCl/H2O2/H2O＝1∶1∶6)簡稱HPM，在溫度75℃至85℃的條件下清洗晶片，以去除附著於晶片表面的金屬雜質。然後進行快速清洗過程，以大量去離子水清洗晶片，以去除殘留在晶片表面的SC2清洗液。
在上述的RCA工藝中，因為所使用的化學清洗液(SC1清洗液或SC2清洗液)是採用固定的濃度清洗晶片，因此在使用化學清洗液(SC1清洗液或SC2清洗液)清洗晶片後，晶片表面會殘留濃度相當高的化學清洗液(SC1清洗液或SC2清洗液)。使後續的快速清洗過程需要使用大量的去離子水才能完全洗淨晶片上所殘留的化學清洗液(SC1清洗液或SC2清洗液)。
因此，本發明的一目的是提供一種半導體晶片的清洗方法，使化學清洗液的濃度隨清洗時間而改變(由高至低)，使晶片表面的酸鹼度在快速清洗過程之前已降至最低，可減少快速清洗過程的去離子水用量，以減少成本，同時增進生產效率。
本發明的另一目的是提供一種半導體晶片的清洗方法，使用濃度隨清洗時間遞減的化學清洗液清洗晶片，可減少化學清洗液中化學藥劑的用量，以減少成本，同時增進生產效率。
根據本發明的上述目的，提出一種半導體晶片的清洗方法，此方法是提供一晶片，以濃度隨清洗時間的增加而降低的一化學清洗液清洗晶片，以及以去離子水清洗晶片，去除殘留在晶片表面的化學清洗液。
本發明的主要特徵在於使用化學清洗液清洗晶片時，控制化學清洗液的濃度，使化學清洗液的濃度隨著清洗時間而改變，使殘留於晶片表面的化學清洗液的濃度在快速清洗過程之前已降至最低，可減少快速清洗過程的去離子水用量，同時可減少藥劑的使用量。
為使本發明的上述和其它目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合附圖，作詳細說明圖面說明
圖1是本發明的一種半導體晶片的清洗方法流程圖。
首先，提供一欲清洗的晶片，置於清洗機臺上。此清洗機臺例如是噴洗式單槽化學洗淨槽或具有清洗液濃度控制裝置的洗淨槽。接著，使SC1清洗液經管線傳輸至清洗機臺上，用以對晶片進行清洗。其中SC1清洗溶液的組成包括氨水、過氧化氫和去離子水。清洗溫度例如是75℃至85℃左右。其中，氨水可作為表面活性劑，改變晶片的表面位能或表面導電位(Zeta Potential)，並可水解有機雜質，過氧化氫則作為氧化劑，可氧化有機雜質。
在進行SC1清洗過程時，使SC1清洗液的濃度隨清洗時間而改變。其中，使進行SC1清洗過程的清洗時間劃分為M個時間區段(M為大於1的正整數)，以及使第N個時間區段的該化學清洗液的濃度低於第N-1個時間區段的化學清洗液(N為小於M大於1的正整數)。例如是進行SC1清洗過程的清洗時間為5分鐘(300秒)，使清洗時間區分為例如5個區段(M＝5)，則以每60秒為一時間區段。然後，依照各個時間區段改變SC1清洗溶液的重量比例，隨著清洗時間的增加而逐漸增加SC1清洗液的去離子水與氨水的比例，使SC1清洗液的氨水濃度隨著清洗時間增加而降低，如表一所示，在SC1過程開始時(時間區段1)，SC1清洗液的重量比NH4OH/H2O2/H2O＝1∶1∶5，亦即SC1清洗液的氨水濃度為重量百分比14.2％。在時間區段2時改以重量比NH4OH/H2O2/H2O＝1∶1∶10(氨水濃度為重量百分比8.3％)的SC1清洗液，進行晶片清洗。在到達每一時間區段時，就降低SC1清洗液的氨水濃度。因此，SC1清洗過程持續到時間區段5時，SC1清洗液的氨水濃度只剩下重量百分比3.7％。由於SC1清洗液的氨水濃度隨著清洗時間增加而降低，因此在SC1清洗過程結束時，殘留在晶片表面的SC1清洗液濃度可降至最低。
表一
步驟102進行快速清洗過程，以大量去離子水清洗晶片，以去除殘留在晶片表面的SC1清洗液。由於在步驟101中，SC1清洗過程快結束時，殘留在晶片表面的SC1清洗液的濃度可降至最低。因此，在步驟102中，可以減少所使用的去離子水量，並可以縮短清洗時間。
步驟103以包括酸性藥劑的一酸性化學清洗液清洗晶片，以去除附著於晶片表面的金屬微粒。此酸性化學清洗液例如是SC2清洗液，是氫氯酸/過氧化氫/去離子水的混合溶液，清洗溫度例如是75℃至85℃左右。其中氫氯酸與過氧化氫作為氧化劑，以氫氯酸與金屬粒子反應使金屬粒子以離子型態溶解於洗淨液中而被清除。
在進行SC2清洗過程時，控制SC2清洗液的濃度，使SC2清洗液的濃度隨清洗時間而改變。其中，使SC2清洗液的濃度隨清洗時間而改變的方法與上述步驟101中使SC1清洗液濃度隨清洗時間而改變的方法相同。使清洗時間區分為數個時間區段，然後依照各個時間區段改變SC2清洗溶液的重量比例，隨著清洗時間的增加而逐漸增加SC2清洗液的去離子水與鹽酸的比例，使SC2清洗液的鹽酸濃度隨著時間增加而降低。
由於SC2清洗液的鹽酸濃度隨著清洗時間增加而降低，因此在SC2清洗過程快結束時，殘留在晶片表面的SC2清洗液濃度可降至最低。
步驟104進行快速清洗過程，以大量去離子水清洗晶片，以去除殘留在晶片表面的SC2清洗液。由於在步驟103中，SC2清洗過程快結束時，殘留在晶片表面的SC2清洗液濃度可降至最低。因此，在此步驟中，可以減少所使用的去離子水量，並可以縮短清洗時間。
步驟105進行稀氫氟酸(Dilute Hydrofluoric acid，DHF)清洗過程，使晶片置入稀氫氟酸(HF/H2O＝1∶99)溶液中簡稱DHF，以去除晶片的原生氧化層(Native Oxide)。
步驟106進行快速清洗過程，利用大量去離子水清洗晶片，去除晶片上殘留的DHF。
步驟107進行洗滌過程，使晶片置入最後水洗(Final Rinse，FR)槽，以使晶片進一步清洗乾淨。
步驟108進行乾燥過程，使晶片置入於乾燥槽中進行乾燥，例如是異丙醇(IPA)槽中，以通過異丙醇蒸氣將晶片的水份帶走，而達到乾燥的目的。
本發明所公開的半導體晶片的清洗方法具有下列優點，在進行快速清洗過程之前，通過控制化學清洗液的濃度，使晶片表面的酸鹼度降至最低，可減少快速清洗過程的去離子水用量、酸鹼藥劑的用量以及節省清洗時間。
雖然本發明已以一較佳實施例公開如上，但其並非用以限定本發明，任何熟悉該項技術的人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，所作的各種更動與潤飾，均未脫離本發明的保護範圍，而本發明的保護範圍應當以權利要求書所限定的為準。
權利要求
1.一種半導體晶片的清洗方法，其特徵在於該方法包括提供一晶片；將該晶片置於一洗淨槽中；持續提供濃度隨時間的增加而降低的一化學清洗液於該洗淨槽中以清洗該晶片；以去離子水清洗該晶片，去除殘留在該晶片表面的該化學清洗液。
2.根據權利要求1所述的半導體晶片的清洗方法，其特徵在於使該化學清洗液的濃度隨清洗時間的增加而降低的方法包括將該化學清洗液的清洗時間劃分為M個時間區段，M為大於1的正整數；使第N個時間區段的該化學清洗液的濃度低於第N-1個時間區段的該化學清洗液，N為小於M大於1的正整數。
3，根據權利要求1所述的半導體晶片的清洗方法，其特徵在於該化學清洗液至少包括一表面活性劑。
4.根據權利要求1所述的半導體晶片的清洗方法，其特徵在於該化學清洗液至少包括一氧化劑。
5.根據權利要求1所述的半導體晶片的清洗方法，其特徵在於該化學清洗液包括氨水/過氧化氫/去離子水的混合溶液。
6.根據權利要求1所述的半導體晶片的清洗方法，其特徵在於該化學清洗液包括氫氯酸/過氧化氫/去離子水的混合溶液。
7.一種半導體晶片的清洗方法，其特徵在於該方法包括提供一晶片；以至少包括一化學藥劑的一清洗液清洗該晶片，且該清洗液的該化學藥劑濃度隨清洗時間的增加而降低；以去離子水清洗該晶片，去除殘留在該晶片表面的該清洗液。
8.根據權利要求7所述的半導體晶片的清洗方法，其特徵在於使該清洗液的該化學藥劑濃度隨清洗時間的增加而降低的方法包括使該清洗液的清洗時間劃分為複數個時間區段；每到達一時間區段即增加該清洗液的一去離子水與該化學藥劑的比例。
9.一種半導體晶片的清洗方法，其特徵在於該方法包括提供一晶片；以一第一清洗液清洗該晶片，移除附著於該晶片表面的有機化合物、微粒，且該第一清洗液的濃度隨清洗時間的增加而降低；以去離子水清洗該晶片，去除殘留在該晶片表面的該第一清洗液；以一第二清洗液清洗該晶片，移除附著於該晶片表面的金屬粒子，且該第二清洗液的濃度隨清洗時間的增加而降低；以去離子水清洗該晶片，去除殘留在晶片表面的第二清洗液。
10.根據權利要求9項所述的半導體晶圓的清洗方法，其特徵在於使該第一清洗液的濃度隨清洗時間的增加而降低的方法包括使該第一清洗液的清洗時間劃分為複數個時間區段；每到達一時間區段就即增加該第一清洗液的一去離子水與一氨水的比例。
11.根據權利要求9所述的半導體晶片的清洗方法，其特徵在於使該第二清洗液的濃度隨清洗時間的增加而降低的方法包括使該第二清洗液的清洗時間劃分為複數個時間區段；每到達一時間區段即增加該第二清洗液的一去離子水與一氫氯酸的比例。
全文摘要
一種半導體晶片的清洗方法，此方法提供一晶片，以濃度隨清洗時間的增加而降低的一化學清洗液清洗晶片，以及用去離子水清洗晶片，去除殘留在晶片表面的化學清洗液。
文檔編號H01L21/306GK1393912SQ0112964
公開日2003年1月29日 申請日期2001年6月26日 優先權日2001年6月26日
發明者陳中泰 申請人:旺宏電子股份有限公司